浅谈GO中的Channel以及死锁的造成

写在前面

这篇文章的诞生要感谢MIT 6.284课程。在其中一节课中，谈到了多线程的协同的一些问题，其中就涉及到了channel这个概念，并由一段代码引发思考并逐渐深入得到了这篇文章。

引子

课程中有一段代码如下：

在这里插入图片描述

其大致含义是：代码背景是在进行多线程网络爬虫页面url，master线程启动后，从channel通道中读取当前页面的所有url即urls，接着再对这个urls中的每一个url进行爬虫读取新页面中的urls（即执行go worker(u, ch ,fetcher)），每启动一个worker线程便开始向channel中写入该url指向页面中所有包含的urls，以供master线程读取。

问题抛出

那么问题来了，为什么第一层for循环不会range完ch之后便直接结束循环，还需要利用局部变量n来根据特定情况跳出循环？

问题解释

课程上的解释是，这个range会一直阻塞，但并未提出解释。其实，这里很容易分析，因为当前的channel是一个无缓冲通道。所谓无缓冲通道，简单的讲就是两个线程对channel进行操作，一个读，一个写，永远都只能是写一个，读一个按照这样的顺序进行。更详细一些的话，读的那个线程会一直阻塞，直到写的线程向channel中写入一个数据。反之亦然，写的线程在完成一次写操作之后，也会一直阻塞直到另外一个线程完成对该channel的读取操作。上述情况只有一种例外状况，那就是该channel通道被某个线程close掉了：close(channel)。

而这里的range其实不太等同于对数组的range，这里的range实质上为对channel通道的读取。所以，在并未有认为close通道的前提下，该for循环会一直阻塞，不会退出，于是需要设定一个局部状态量n让其退出循环，保证程序的正常运行。当然我们也可以通过close其channel来实现，不过我认为close的时机可能不是非常容易把握。

继续深入

完成上述思考之后，对channel进行了较为的深入的分析，当然分析是以具体的实验展开的。给出下述实验代码：

func main() {
    test()
}

func test()  {
	ch := make(chan int,4)

	go func() {
		ch <- 1
		ch <- 2
		ch <- 3
		ch <- 4
	}()

	//go func() {
	for a := range ch {
		fmt.Print(a)
	}
	//}()

	fmt.Print("test is over")
}

执行结果直接报错，显示：fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
即：出现死锁。
为什么会出现这种情况？
首先我们来分析一下这段代码的目的：利用channel通道，实现数据的传递，一个线程向channel通道中写入数据，另外一个读取。为什么会出现死锁呢？

首先我们分析一下当前程序有多少个线程在执行，main函数是主线程，调用test函数之后，主线程进入了test函数中继续运行。而在test函数中，采用闭包函数或者说匿名函数的方法新开了一个线程，即goroutine去向已经生成的无缓冲通道中发送数据。发送的过程并非是主线程的任务，所以主线程在执行完go func之后马上跳过继续执行下面的for循环，也就是要将channel中的数据读取出来。

for a := range ch {
		fmt.Print(a)
	}

这时，问题来了。现在两个线程，主线程读，另外一个写。在另外一个线程完成最后一个写之后，主线程开始阻塞等待新的写操作，而主线程一旦阻塞整个test函数也无法结束，所以导致了死锁的产生，主线程一直被阻塞。

明白了上述原因之后，解决方法便很简单了，将从channel中读数据的任务交给另外一个线程，而非主线程，主线程直接调用完test函数之后马上结束，其他两个线程的死活都不会影响到程序本身的运行，即主线程的运行。如下：

func main() {
    test()
}

func test()  {
	ch := make(chan int,4)

	go func() {
		ch <- 1
		ch <- 2
		ch <- 3
		ch <- 4
	}()

	go func() {
	for a := range ch {
		fmt.Print(a)
	}
	}()

	fmt.Print("test is over")
}

当然这种方法是偷懒的，这样的操作有可能导致内存溢出等情况发生，所以最好还是让发送数据的线程在发送完之后将channel关闭，如下所示：

func main() {
    test()
    time.Sleep(time.Second)
}

func test()  {
	ch := make(chan int,4)

	go func() {
		ch <- 1
		ch <- 2
		ch <- 3
		ch <- 4
		close(ch)
	}()

	go func() {
	for a := range ch {
		fmt.Print(a)
	}
	}()

	fmt.Print("test is over")
}

输出为：

test is over1234

注意，这里为了保证能够输出1234，需要将主线程休眠1s，确保主线程在退出之前，负责读取的线程能够完成读取工作。

写在后面

Go语言对多线程天然的集成性，让其在处理并发的一些事务时十分方便，但是还是需要注意一些死锁的生成。

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